电冰箱保护器设计

1一、电冰箱保护器系统设计1.1设计要求本次设计任务基本要求设计制作一个电冰箱保护器，此保护器具有过、欠压切断，上电延迟等功能，具体如下所示。1.设计并制作电冰箱保护器，具有过、欠压保护，上电延时等功能。2.电压在180～250V范围内，正常供电时绿灯亮。正常供电范围可根据需要进行调整。3.欠压保护：当电压低于设定允许最低电压时，自动切断电源，且红指示。4.过压保护：当电压高于设定允许最高电压时，自动切断叫源，且红灯指示。5.延迟保护：在上电、欠压过压保护切断电源、瞬间断电时，延迟3～5min才允许接通电源。欠压、过压保护后接通电源应同时满足已延迟3～5min且电压已恢复正常才允许接通电源。1.2总体设计方案1.2.1设计思路题目要求设计一个电冰箱保护器。电冰箱对电源的波动范围有一定要求，而供电源其波动幅度常常超出电冰箱的允许波动范围。为了保证电冰箱能安全工作于规定的电源范围，在其的供电源端接入保护电路非常必要。设计中我们可以利用内部具有四个比较器的集成块LM324来进行电压比较，使电冰箱在规定的电源范围内工作，超出此范围时不工作，此过程可利用继电器的自动跳变功能来实现；延时保护可以利用定时器NE555组成单稳态触发器时电容的充放电来实现。21.2.2总体框图图1-1总体框图二、电冰箱保护器单元电路的设计a)直流稳压电源设计2.1.1整流电路采用直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压为交流220V（有效值），50Hz，要获得低压直流输出，首先须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要的交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向的直流电，但其幅值变化大。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑的，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。（4）滤波后的直流电压再通过稳压电路，便可得到基本上不受外界影响的稳定的直流电压输出，供给负载。2.1.2直流稳压电源的原理框图分析3图2-1直流稳压电源框图采用电源变压器将电网220V，50Hz交流电降压后送整流电路，整流桥选用的二极管需要考虑允许承受的电压和电流值。滤波器常采用无源元件R，L，C构成的不同类型滤波电路。由于本电路为小功率电源，故可用电容输入式滤波电路。稳压电路采用串联反馈式稳压电路。比较放大单元采用分立三极管组成的差动放大器或者集成运算放大器，可提高电路的稳定性。过流保护器：串联稳压电路中，调整管与负载串联，当输出电流过大或者输出短路时，调整管会因电流过大或电压过高使管耗过大而损坏，所以须对调整管采取保护措施。2.1.3直流稳压电源特点采用集成稳压器构成直流稳压电源，具有使用方便，结构简单及性能优良等许多特点，因而得到广泛应用。从电路中我们可看出，此电路多加了一只三极管和几只电阻，R2与D组成BG2的基准电压，R3，Rp，R4组成了输出电压取样支路，T2b点的电位与T2e点的电位进行比较（由于DZ1的存在，所以T2e点的电位是恒定的），比较的结果有T2的集电极输出使T2c点电位产生变化从而控制T1的导通程度（此时的BG1在电路中起着一个可变电阻的作用），使输出电压稳定，Rp是一个可变阻器，调整它就可改变A点的电位（即改变取样值）由于T2e点的变化，T2c点电位也将变化，从而使输出电压也将发生变化。这种电路其输出电压灵活可变，所以在~220V变压电路整流电路滤波电路稳压电路接负载4各种电路中被广泛应用。图2-2直流稳压电源电路图2.2由NE555定时器组成的单稳态触发器图2-3NE555定时器组成的单稳态触发器2.2.1单稳态触发器的工作原理1．稳定状态5没有加触发信号时，iu为高电平。接通电源后，CCV经电阻R对电容C进行充电，当电容C上的电压CCcVu32时，输出0ou。与此同时电容C迅速放完电，0cu，0ou不变。2．触发进入暂稳态当iu由高电平变为低电平时，此时0cu，输出ou由低电平跳跃到高电平。此时，电源CCV经R对C充电，电路进入暂稳态。在暂稳态期间内输入电压iu回到高电平。3．自动返回稳定状态随着C的充电，电容C上的电压cu逐渐增大。当cu上升到CCcVu32时，输出ou由高电平跳跃到低电平。与此同时，C迅速放完电，0cu。电路返回稳定状态。单稳态触发器输出的脉冲宽度Wt为暂稳态维持的时间，它实际上为电容C上的电压由0cuV充到CCV32所需的时间，可用下式估算:RCRCtw1.13ln式中R和C为外接电阻和电容。2.2.2由NE555定时器组成的多谐振荡器NE555定时器组成的多谐振荡器如图2-4所示6图2-4NE555定时器组成的多谐振荡器其工作原理如下：多谐振荡器只有两个暂稳态。假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电容C上电压CU略低于ccU31，Uo输出高电平，V1截止，电源CCV通过R1、R2给电容C充电。随着充电的进行CU逐渐增高，但只要cccccUUU3231，输出电压Uo就一直保持高电平不变，这就是第一个暂稳态。当电容C上的电压CU略微超过ccU32时(即U6和U2均大于等于ccU32时)，RS触发器置0，使输出电压Uo从原来的高电平翻转到低电平，即Uo=0，V1导通饱和，此时电容C通过R2和V1放电。随着电容C放电，CU下降，但只要cccccUUU3132，Uo就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。当CU下降到略微低于ccU31时，RS触发器置1，电路输出又变为Uo=1，V1截止，电容C再次充电，又重复上述过程，电路输出便得到周期性的矩形脉冲。其工作波形如图2-5所示。7图2-5多谐振荡器波形三、电冰箱保护器电路总设计3.1电路原理本设计的电路原理图如第2页所示，其中LM324的两个比较器(L1A和L1C)和VR2、VR3等组成过电压、欠电压检测电路，其中L1A比较器用于过电压检测，L1C比较器用于欠电压检测；Q1构成电子开关，其中LED为电压指示灯，当电压在市电正常范围内（180V—280V），该灯发亮，否则会熄灭；NE555时基电路组成延迟记忆电路。组成框图如下：图3-1总体框图其工作原理：接通电源后，220V交流电经变压器的降压、整流桥的整流、稳压器7812的稳压后，在VR2和VR3两端可获得约12V直流工作电压。根据变压器的变压系数，调整电位器VR2和VR3，使市电电压在正常范围内，上、下比较器都8输出高电平，此时Q1导通，电压指示灯LED保持发亮。因为C1两端初始电压为0V，555时基电路的阈值端6脚为高电平，555时基电路复位，三极管Q2截止，继电器K1的常闭触点保持吸合，电冰箱电源被切断。然后电源向C1充电，使2、6两脚电位不断下降，约经过5min，可使电位降至12V电压的1/3，555时基电路才置位，3脚输出高电平，Q2导通，继电器K1通电吸合，其常闭合触点K-1断开，电冰箱通电工作。当交流电网意外断电时，C1储存电荷通过R2、D5迅速泄放，当电网恢复供电时，电路又要延迟5min左右才向电冰箱供电，从而确保电冰箱压缩机不受损坏。当市电电压升高到280V以上，上比较器输出低电平；市电电压下降到180V以下，下比较器输出低电平只要两者之一输出低电平，Q1截止，LED熄灭。此时6脚为高电平，555时基电路复位，输出端3脚为低电平，电冰箱电源被切断，从而使电冰箱在电压过高或过低的情况下自动停止工作，保证了电冰箱能安全工作于规定的电源范围内。当电压恢复正常时，电路要延迟5min左右才向电冰箱供电。3.2参数的选择计算设变压器的变压系数是20：1，整流后的输出电压u3≈1.2×u2,当u1分别为220V、180V、280V时，u2、u3、Va的计算如下：u1=220Vu2=220÷20=11Vu3=1.2×11=13.2V则,Va=6.6Vu1=280Vu2=280÷20=14Vu3=1.2×14=16.8V则,Va=8.4Vu1=180Vu2=180÷20=9Vu3=1.2×9=10.8V则,Va=5.4V因此可得，比较器的上限电压为8.4V,下限电压为5.4V。调节电位器VR2和VR3，使LM324的5脚电压为8.4V，8脚电压为5.4V，使电路在280V≤u1≤180V范围能正常工作。电网由断电到恢复供电后，电冰箱要延迟一段时间才能正常工作，此延时时间τ由NE555的外围电路C1和R13决定：τ≈1.1×R13×C1电路要求延时5分钟（即300秒），设C1=220μF,则R13的阻值计算如下：R13=300÷(1.1×220×610)≈1.2×610Ω93.3总电路原理图由于是用直流电进行测试，在制作电路版的过程中，我们把电路的变压器、整流电路及稳压电路三部分除去，然后用绿色的发光二极管代替电冰箱作为负载，具体的电路如下。红色的LED发光表示负载正常工作，绿色的LED发光表示负载不工作。具体电路如图3-2所示：10图3-2总电路图11Ⅰ器件清单序号1234567891011名称555LM32474LS08三极管二极管LED电阻电容电解电容可调电阻继电器型号90131N4001红黄绿0.01uF220uF51K个数21133各一个若干3131Ⅱ参考文献[1]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社[2]孙梅生，李美莺，徐振英.电子技术基础课程设计[M].北京：高等教育出版社[3]梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉：华中理工大学出版社[4]张玉璞，李庆常.电子技术课程设计[M].北京：北京理工大学出版社[5]苏长赞.红外线与超声波遥控.北京：人民邮电出版社